NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH TÍCH LŨY NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

- Sau đó xuất hiện nhóm sinh vật có khả năng hấp thu năng lượng ánh sáng Mặt trời để tổng hợp ra các hợp chất hữu cơ phức tạp, sự quang tổng hợp photosynthesis, thường gọi là sự quang hợ

Chapter 1:

The Basic Principles of Photosynthetic Energy Storage

Chương I:

Các nguyên tắc cơ bản của sự tích

lũy năng lượng Mặt Trời

- Sau đó xuất hiện nhóm sinh vật có khả năng hấp thu năng lượng ánh sáng Mặt trời để tổng hợp ra các hợp chất hữu cơ phức tạp,

sự quang tổng hợp (photosynthesis), thường gọi là sự quang hợp Các sinh vật quang hợp đầu tiên này không tạo ra oxy

Quang hợp là gì?

- Về sau một số sinh vật có khả năng sử dụng nước cho sự quang hợp, tạo ra O2, dần dần tích tụ trong khí quyển, một số sinh vật tiến hóa khác có khả năng sử dụng O2 xúc tác trong các phản ứng

để giải phóng năng lượng trong các phân tử thức ăn Quá trình này được gọi là sự hô hấp hiếu khí (aerobic respiration)

- Sự quang hợp sử dụng CO2 và H2O tạo ra từ sự hô hấp hiếu khí

và sự hô hấp kỵ khí thì sử dụng thức ăn và O2 sinh ra từ sự quang hợp

- Cả 2 loại sinh vật này được gọi chung là sinh vật tự dưỡng

Quang hợp là gì?

- Quang hợp là quá trình thu nhận năng lượng ánh sáng Mặt trời của thực vật, tảo và một số vi khuẩn để tạo ra hợp chất hữu cơ phục vụ bản thân cũng như làm nguồn thức ăn cho hầu hết các sinh vật trên Trái Đất

- Trong các chuỗi thức ăn tự nhiên, các các sinh vật quang dưỡng thường là những mắt xích đầu tiên; nghĩa là các sinh vật còn lại đều sử dụng sản phẩm của quá trình quang hợp phục vụ nhu cầu dinh dưỡng của chúng Do vậy, quang hợp là chuỗi phản ứng hóa học quan trọng bậc nhất trên Trái đất, vì nó tạo năng lượng cho

sự sống trong sinh quyển

- Quá trình quang hợp cũng sản sinh ra khí oxy, tạo nên một bầu khí quyển chứa nhiều oxy cho Trái đất, một bầu khí quyển vốn dĩ chỉ chứa nitơ và cabonic trước khi có sinh vật quang dưỡng

Quang hợp là gì?

- Ở thực vật, quá trình quang hợp chủ yếu được thực hiện nhờ

diệp lục Sắc tố này thường chứa trong các bào quan gọi là lục lạp Mặc dù, hầu hết các phần của nhiều loài thực vật đều có màu xanh, năng lượng của quá trình quang hợp chủ yếu được thu nhận

từ lá

- Một số loài vi khuẩn quang dưỡng không sử dụng chlorophyll của thực vật (tảo và cyanobacteria) mà dùng một sắc tố tương tự gọi là bacteriochlorophylls và quá trình quang hợp của các vi

khuẩn không sản sinh oxy

Quang hợp là một quá trình tích lũy năng lượng Mặt Trời:

-Bức xạ hồng ngoại: có bước sóng lớn hơn 700nm

-Bức xạ khả kiến: có bước sóng từ 400nm đến 700nm, còn gọi là bức xạ hoạt động quang hợp, điều này chỉ đúng cho những sinh vật mang chlorophyll a

- Bức xạ tử ngoại: có bước sóng nhỏ hơn 400nm, mang mức năng lượng lớn và nguy hiểm cho sinh vật

9

Những loại cây thích nghi cao độ với các điều kiện chiếu sáng khác nhau sẽ

không bao giờ sống chung một nơi ngoài môi trường tự nhiên Loài bông súng nhiệt đới này cần nhiều ánh sáng trong khi những cây mọc bên dưới chỉ cần ánh sáng ở mức trung bình.

Nhiều cây thủy sinh cần chiếu sáng mạnh mặc dù chỉ một

phần nhỏ ánh sáng được hấp thu trong quá trình quang hợp Những vùng xanh dương và đỏ trong quang phổ là hữu dụng nhất.

13

Nơi diễn ra quá trình quang hợp:

- Quang hợp được thực hiện bởi rất nhiều loài sinh vật khác nhau

- Trong tất cả các trường hợp, màng lipid kép là quan trọng đối với các giai đoạn đầu của việc lưu trữ năng lượng, do đó để

quang hợp xảy ra thì màng lipid có vai trò cơ bản quan trọng

- Giai đoạn đầu của quá trình quang hợp được thực hiện bởi chất nhuộm màu chứa protein mà hoàn toàn liên kết với màng

- Giai đoạn sau của quá trình được trung gian bởi protein khuếch tán tự do trong pha dung dịch

-Trong sự tiến hóa của các tế bào nhân chuẩn, quang hợp xảy ra ở bào quan là lục lạp

15

Nơi diễn ra quá trình quang hợp:

Cấu trúc của Thylakoid:

1 – Ánh sáng hấp thụ năng lượng và vận chuyển bởi hệ thống

ăng ten

2 – Hạt điện tử cơ bản vận chuyển đến trung tâm phản ứng

3 – Năng lượng ổn định bởi quá trình chuyển hóa

4 – Tổng hợp và giải phóng các sản phẩm ổn định

Giới thiệu:

- Sự hiện diện về màu sắc của chất diệp lục mà ta có thể thấy

từ sự hiện diện của sinh vật quang hợp như cây xanh ,cây bụi,

cỏ, rêu, cây xương rồng cây dương xỉ và nhiều loại rau củ

khác

- Sinh vật quang hợp có kích thước hiển vi như tảo và vi

khuẩn ,sinh vật không có màu xanh nhưng sống nhờ quá trình quang hợp

Giới thiệu:

- ADN là vật chất di truyền của cơ thể sinh vật, RNA là bản

sao chép cuả ADN gọi phiên mã, Trên RNA có các ribosome

- Sự chuyển hoá acid nuleic thành protein gọi là dịch mã

- Tế bào bao quanh bởi màng chức năng có tính thấm và

nhiều chức năng khác

- Màng lipit chủ yếu là phopholipit và colesterol tạo nên tính

ổn định và tính mềm dẻo của màng

Giới thiệu:

- Phân tử phopholipit có đuôi hydrocacbon kỵ nước ở trạng

thái no mang tính bền vững và khi hydrocacbon có nối đôi

-Protein có trong màng rất đa dạng chúng phân bố “ khảm “

vào khung lipit Tất cả những tế bào chứa nhiều cacbohydrat hoặc đường ,lipit và nhiều thầnh phần khác tạo chức năng

riêng biệt của tế bào

Sinh vật nhân sơ và nhân thực:

- Sinh vật nhân sơ là dạng sống đơn giản nhất, bao gồm vi khuẩn

và vi sinh vật cổ

- Chúng đều là những sinh vật đơn bào, có tổ chức cấu tạo tế bào tương đối đơn giản Tế bào không có màng nhân, chỉ có màng sinh chất là lớp phospholipid kép ngăn cách tế bào chất với môi trường xung quanh Màng sinh học này có tính bán thấm

- Hầu hết các sinh vật nhân sơ đều có thành tế bào

- Khoảng trống giữa mặt ngoài của màng sinh chất với mặt trong của thành tế bào gọi là không gian chu chất periplasmic

- Vi khuẩn là một nhóm sinh vật đơn bào, có kích thước nhỏ

(kích thước hiển vi) Chúng chỉ sinh sản vô tính bằng cách phân đôi hay trực phân

Sinh vật nhân sơ và nhân thực:

- Eukaryote (sinh vật nhân thực), cũng như lãnh giới Eukarya đã được phân loại trước đó, tế bào của chúng hoàn thiện hơn sinh vật nhân sơ và cũng có kích thước lớn hơn

- Tế bào nhân thực chứa một số cấu trúc bên trong gọi là bào

Trao đổi chất trong các mẫu sinh vật sống:

- Tùy theo kiểu trao đổi chất người ta chia sinh vật làm 2 nhóm: sinh vật tự dưỡng (autotrophs) và sinh vật dị dưỡng

(heterotrophs)

- Một mô hình trao đổi chất thứ hai liên quan đến quá trình năng lượng cho tế bào, đó là sinh vật quang dưỡng lấy năng lượng từ ánh sáng Mặt Trời, và sinh vật hóa dưỡng lấy năng lượng từ các hợp chất hóa học

Trao đổi chất trong các mẫu sinh vật sống:

Trao đổi chất trong các mẫu sinh vật sống:

-Oxy là trung tâm chuyển hóa của hầu hết các tế bào

-Nếu sinh vật sinh trưởng trong điều kiện có mặt của O2, nó được xếp vào sinh vật hiếu khí, ngược lại thì đó sinh vật kỵ khí

- Trong hầu hết các trường hợp, sinh vật hiếu khí sử dụng các

phân tử hữu cơ như nguồn cung cấp điện tử và đóng vai trò làm chất nhận điện tử trong quá trình hô hấp kỵ khí Đối với các sinh vật sử dụng hợp chất hữu cơ như nguồn cung cấp điện tử và làm chất nhận thì sống bằng cách thực hiện quá trình lên men

Quang sinh vật nhân sơ:

Từ trái qua phải:

Chloroflexus (green non-sulfur bacteria, Chloroflexaceae) Rhodospirillum (purple bacteria, Rhodospirillaceae)

Sinh vật quang hợp nhân sơ:

Vi khuẩn tía (Purple bacteria)

Vi khuẩn tía (Purple bacteria) :

Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía (Purple sulfur bacteria):

- Kỵ khí bắt buộc, có khả năng quang tự dưỡng vô cơ

- Tế bào có chứa chlorophyll a hoặc b

- Hệ thống quang hợp chứa các màng hình cầu hay hình phiến gắn với màng sinh chất

- Thường sử dụng H2, H2S hay S để dùng làm nguồn cho điện tử trong quang hợp

- Có khả năng di động với tiên mao mọc ở cực, có loài có chu mao

Rhodospirillum Rhodospirillum dưới KHV điện tử

31

Sinh vật quang hợp nhân sơ:

Vi khuẩn tía (Purple bacteria)

Vi khuẩn tía (Purple bacteria) :

Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía (Nonsulfur Purple Nonsulfur bacteria):

- Quang dị dưỡng hữu cơ, thường

kỵ khí bắt buộc

- Một số loài là quang tự dưỡng vô

cơ không bắt buộc (trong tối là hoá

dị dưỡng hữu cơ)

- Tế bào chứa chlorophyll a hoặc b

Sinh vật quang hợp nhân sơ:

Vi khuẩn tía (Purple bacteria)

Vi khuẩn tía (Purple bacteria) :

Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía (Nonsulfur Purple Nonsulfur bacteria):

- Hệ thống quang hợp chứa các màng

hình cầu hay hình phiến gắn với màng

sinh chất

- Nguồn cho điện tử trong quang hợp

thường là chất hữu cơ, đôi khi sử dụng

hợp chất lưu huỳnh dạng khử hoặc H2

-Có khả năng di động với tiên mao mọc

ở cực, hoặc không di động, một số loài

có túi khí

Sinh vật quang hợp nhân sơ:

Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục (Green sulfur bacteria):

- Kỵ khí bắt buộc, có khả năng

quang tự dưỡng vô cơ Quang

hợp không tạo ra oxy

- Không sử dụng C cho chu

trình Calvin, thay vào đó,

chúng đảo ngược chu trình

TCA để cố định C

- Có Bacteriochlorophyll a,c,d,e,

chlorophyll a,caroten nhóm 5

Sinh vật quang hợp nhân sơ:

Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục (Green sulfur bacteria):

- Chất cho điện tử thường là H2,

H2S hay S

- Không có khả năng di động,

một số loài có túi khí

- Chúng có thể sống ở những

vùng thiếu không khí như: đáy

hồ, bên dưới chemocline của

biển Đen, hay ở những nơi có

cường độ ánh sáng thấp

Chlorobium Pelodictyon

Sinh vật quang hợp nhân sơ:

Vi khuẩn màu lục không lưu huỳnh (Green nonsulfur):

Vi khuẩn màu lục không lưu huỳnh (Green nonsulfur):

- Đa bào, dạng sợi, thường kỵ khí

không bắt buộc ,thường là quang

dị dưỡng, có loài quang tự dưỡng

hoặc hoá dị dưỡng

- Có bacteriochlorophyll a,c, trong

điều kiện kỵ khí thấy có

chlorosome

- Chất cho điện tử trong quang dị

dưỡng là glucose, axit amin, axit

hữu cơ; trong quang tự dưỡng là

H2, H2S

Chloronema

Sinh vật quang hợp nhân sơ:

Heliobacteria:

Heliobacteria:

- Là vi khuẩn quang dưỡng

không tạo ra oxi, thuộc nhóm

vi khuẩn gram dương, kị khí

- Quang hợp dưới hình thức

bào tử, một đặc tính của nhiều

vi khuẩn Gram dương khác

- Sắc tố chính tham gia trong

quá trình quang hợp là

bacteriochlorophyll g Quang

hợp diễn ra ở màng tế bào

Sinh vật quang hợp nhân sơ:

Heliobacteria:

Heliobacteria:

- Sử dụng nguồn cacbon hữu

cơ trong quá trình quang hợp

- Chúng có khả năng chủ động

tạo N2 từ cây lúa Có vai trò

trong việc cố định nitơ

- Trong khi hầu hết các vi

khuẩn quang hợp khác là chủ

yếu ở trong môi trường nước,

heliobacteria đã được tìm thấy

chủ yếu trong đất, đặc biệt là

Vi khuẩn lam (Cyanobacteria):

- Vi khuẩn lam thuộc

- Lúc trước thường được

gọi là tảo lam  sai

- Chứa chlorophyll a và 1 số sắc tố khác định vị trong các

màng quang hợp chuyên hóa (thylakoid) được tạo nên do sự

gấp nếp của màng tế bào

Sinh vật quang hợp nhân sơ:

Chroococcus

Photoautotrophs

Fischerella Dermocapsa

Sinh vật quang hợp nhân chuẩn:

- Sinh vật nhân chuẩn quang hợp bằng một cấu trúc bên trong

tế bào, gọi là lục lạp Lục lạp là một trong những bào quan

plastids thường chứa các sắc tố được sử dụng trong quang

hợp, một trong số đó thực hiện các chức năng khác, chẳng hạn như dự trữ tinh bột hoặc lưu trữ sắc tố trong hoa và hoa quả

- Lục lạp có nguồn gốc từ một quá trình được gọi là nội cộng sinh, trong đó một cyanobacteria giống như tế bào ban đầu

cộng sinh với một tế bào nhân chuẩn nguyên thủy và sau đó

dần dần trở thành một phần độc lập nhưng thiết yếu của các tế bào chủ

- Lục lạp chứa ADN, được tổ chức và quy định một cách đặc trưng của vi khuẩn AND này mã hóa cho một số protein trong lục lạp tham gia quang hợp và định hướng cho ribosome

protein tổng hợp máy móc

Sinh vật quang hợp nhân chuẩn:

Tảo:

- Là một nhóm lớn các sinh vật eukaryotic

- Có các sắc tố và thực hiện quang hợp tạo oxy

- Thường có cấu tạo đơn bào, do đó thường là vi kích thước, kí sinh, bao gồm cả tảo đa bào

- Các loại tảo dạng tản là vĩ mô trong kích thước và đôi khi có thể hình thành các cấu trúc lớn có thể trông giống như thực vật nhưng khá khác biệt

- Có rất nhiều nhóm khác nhau của tảo, mà thường được phân biệt bởi sắc tố tác phẩm của họ và các đặc điểm hình thái

Sinh vật quang hợp nhân chuẩn:

- Các loại tảo xanh

(chlorophytes) là những

nghiên cứu rộng rãi nhất, bởi

vì là họ gần nhất với cây cao

49

- Các loại tảo đỏ (rhodophytes)

chủ yếu là các sinh vật biển có

chứa chất diệp lục và

phycobilisomes

- Phức hệ ăng ten tương tự như

tại hầu hết các vi khuẩn lam

- Thường có một chu kỳ cuộc

sống phức tạp

Sinh vật quang hợp nhân chuẩn:

Tảo:

- Các chromophytes (còn gọi là

heterokonts hoặc ochrophytes) là

một nhóm tảo lớn và đa dạng bao

gồm các loại tảo nâu và tảo cát

- Chứa chlorophylls a và c, cũng

như nhiều carotenoids đa dạng và

phong phú

- Các rong biển khổng lồ tìm thấy

ở các đại dương có thể phát triển

lên đến dài 60 m, màu nâu tảo Các

tảo cát là nhóm con của

chromophytes có chứa một tế bào

duy nhất gồm silica

Sinh vật quang hợp nhân chuẩn:

- Các cryptophytes (cryptomonads) có chứa chất diệp lục a và

c, cộng với phycobiliproteins

- Các phycobiliproteins không được tổ chức thành

phycobilisomes Thay vào đó, chúng nằm ở phía đối diện của

các màng tế bào từ phycobilisomes, trong lumen thylakoid

Sinh vật quang hợp nhân chuẩn:

- Dinoflagellates chứa chlorophylls a và c cũng như các

carotenoids phong phú

- Các euglenophytes (euglenoids) chứa chlorophylls a và b, trong

đó cấu trúc tế bào của chúng gần giống các nguyên sinh động

vật

Sinh vật quang hợp nhân chuẩn:

Thực vật:

- Trong tất cả các sinh vật quang hợp thực vật là phức tạp nhất

- Các loài thực vật đơn giản nhất là bryophytes, trong đó có rêu,

liverworts và hornworts.

- Chúng đa dạng như tảo, và không có rễ thật, hoặc một hệ thống mạch (vận chuyển chất lỏng)

- Chúng không tạo ra các mô cứng hỗ trợ

Sinh vật quang hợp nhân chuẩn:

Thực vật:

Các loại thực vật được chia thành hai nhóm:

- Thực vật hạt trần là nhóm nguyên thủy và bao gồm các loại cây lá kim

- Thực vật hạt kín, cũng gọi là thực vật có hoa, làm tăng phần lớn các loài thực vật xung quanh chúng ta

Sinh vật quang hợp nhân chuẩn:

57